有轨电车车架端梁制作工艺研究

1.前言

常州市经开区即将启动建设有轨电车1号线，我司负责设计和制作轨电车1号线所用车辆。此型有轨电车为100%低地板有轨电车，五模块编组，转向架为两动一拖。各模块车辆是通过安装在车架端部的铰接机构和减震器以及安装在端墙上端部的铰接机构来连接。其中铰接机构主要是负责承受与传递牵引力，减震器是车辆在运行时起缓冲减震作用。

2.端梁产品概述

端梁是有轨电车车架的重要部件之一，是安装铰接机构和减震器的载体，因此其制作的精度要求非常高，远超过车架其它各梁。端梁制作质量将直接影响铰接机构和减震器的安装，从而影响各车辆是否能顺利连接。

此车型的端梁为扁平状多段拼接的结构，由两节侧端部、两个安装座和一节中部组成，如图1所示。为了与车架较低的相邻车辆相连接，安装座上两个用于固定减震器的通孔不是水平放置，而是与朝端梁外侧向下倾斜；中部的前端则是采用下沉式的结构，以保证前端板上用于固定铰接机构的通孔与相邻车辆前端板上的孔水平对齐。

为保证铰接机构和减震器顺利安装，设计图纸对端梁上影响安装铰接机构和减震器的关键尺寸要求非常高：①左右两侧的安装座上安装孔中心到中部中心的距离的公差为±0.5mm；②前端板的安装面与安装座的上平面垂直度不大于0.5mm；③安装座的安装孔中心与安装座的上平面夹角公差为±10；④安装座的安装孔与前端板的安装孔垂直和水平距离公差都为±0.5mm；⑤

3.端梁制作原工艺方案

端梁制作原工艺方案是比较常规的工艺方案，制作过程也较简单。除了增加了安装座和前端板的组装工序，整个工艺方案与一般箱型结构的车架横梁制作工艺方案梁类似。

3.1 端梁制作用工装

工装由中间的组装胎型和两侧的电动翻转机构组成。组装胎型基于端梁正装的制作方案来设计，组装胎型的底板作为组装的基准，其外形贴合端梁下平面，底板还在适当的地方进行开孔，以便于端梁下平面焊缝能在组装胎型上施焊。组装胎型侧边四周安装有可调的顶紧装置和夹具来限制和固定立板和上盖板。由于前端板和安装座的定位要求较高，组装胎型的前部装有靠山来保证前端板的定位尺寸和垂直度，靠山两侧装有定位销来定位安装座。电动翻转机构则保证端梁组装完成后可在组装胎型上进行全位置的焊接。

3.2 端梁制作过程

端梁所有零件按设计图纸制作完成后，首先中部下盖板放入工装，安装座的安装孔套入工装上的两个定位上并用夹具固定，接着依次安装侧中部的立板和隔板与侧端部的下盖板、立板和隔板，并用顶紧装置顶紧；然后对端梁内腔各焊缝进行焊接，再安装侧端部和中部的上盖板，以及前端板，并对端梁外侧各焊缝进行焊接；最后对焊接导致的端梁变形进行矫正处理。

3.3 原工艺方案存在的问题

原工艺方案在实际实施过程出现了三个问题：

（1）本来为了保证安装座定位要求，工装上的定位销与安装座的孔的配合间隙较小，现由于焊接变形导致工装上的销子卡在安装座的孔中，整个端梁无法从工装上正常取下。

（2）端梁从工装上取下后，由于薄板结构的端梁刚性较差在内应力的作用下，使其在没有工装的约束后发生了较明显的变形。

（3）在对端梁变形的地方进行火焰加热矫正和机械矫正的同时，会影响端梁其它部位，容易导致部分不需要矫正的地方在矫正时也发生变形。

4.改进后的端梁制作工艺方案

4.1 改进后工艺具体方案

（1）对端梁组装用工装进行改造。拆除定位安装座用的销子，安装座的定位改用止挡，止挡安装在两个安装座的内档，主要控制安装座的开档距离；前端板的定位靠山改为可调的顶紧装置，便于后面前端板的安装。

（2）安装座和前端板按半成品工艺图纸制作，其余零件按设计图纸制作。相比设计的成品图纸，安装座的半成品工艺图纸取消了安装座上两个安装孔，并在安装座的厚度、上平面和前后安装面都预留加工余量；前端板的半成品工艺图纸则是增加了前端板的厚度。

（3）中部的制作及与安装座组装和原工艺相类似，两者组装后整体进行矫正，再按图纸上长度方向的相关尺寸加工中部两侧安装座的厚度，达到严格控制两侧安装座到中部中心的距离的目的，以保证后期在安装座上加工的安装孔与安装座不偏心。

（4）侧端部与中部及安装座的组装也和原工艺方案相类似。

（5）先按图纸中安装座高度尺寸一次加工两个安装座的上平面，加工后两个安装座上平面共面，可作为后续加工的基准面，然后分别加工安装座前后安装面和前端板的安裝面，从而保证安装座的安装孔与前端板的安装孔的水平距离的公差要求和前端板的安装面与安装座上平面的垂直度要求。

（6）再以安装座上平面为基准面，分别加工安装座和前端板上的安装孔，其中由于安装座上安装孔为斜孔，而且又细又长，加工难度较大，进口偏一点出口就会差很多，因此尽管其中安装座的前安装面凹在中部和侧端部的中间，加工的难度会更大，但为保证各孔的公差要求还是应尽量在前安装面钻孔。

4.2 改进后工艺方案的优点

（1）原工艺方案中整个端梁焊缝施焊太集中，短时间内焊接热输入量大，引起的焊接变形也大。改进后进中部和侧端部的焊缝分别进行施焊，每次施焊后都进行一次矫正，使焊接变形大大减少。

（2）将端梁上关键尺寸的加工工序后从零件制作阶段移到矫正工序的后面，以避免这些关键尺寸不受焊接和矫正的影响，从而有效的保证了端梁的制作精度。

5.结语

虽然改进后的工艺方案制作过程较原工艺方案复杂，制作流程也长，但改进后的工艺方案保证了产品质量，也保证了后面工序的正常进行。到2018年底，共完成有16个端梁的制作，下工序装车后未反馈问题，改进方案达到预期改进效果。

参考文献：

[1]机械制造工艺，清华大学出版社，2016 [2]材料成型原理，中国铁道出版社，2002

作者简介：

史磊（1984-），男，汉族，西南交通大学材料成型及控制工程专业，中车戚墅堰机车有限公司，工程师，主要从事机车车体钢结构组装和焊接工艺研究工作。